南京中醫(yī)藥大學(xué)翰林學(xué)院《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷

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《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共30個(gè)小題，每小題1分，共30分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的．）1、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的視頻圖像處理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)圖像縮放、旋轉(zhuǎn)、灰度化等基本操作。2、設(shè)計(jì)一個(gè)基于運(yùn)放的指數(shù)放大器電路，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入信號的指數(shù)放大，放大倍數(shù)可調(diào)，輸入信號頻率范圍為0-100Hz。3、設(shè)計(jì)一個(gè)基于霍爾傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示。4、運(yùn)用通信網(wǎng)絡(luò)原理，設(shè)計(jì)一個(gè)智能倉儲物流的無線定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)貨物和搬運(yùn)設(shè)備的精確定位。5、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的數(shù)字通信收發(fā)系統(tǒng)，支持常見的通信協(xié)議，如UART、SPI等。6、設(shè)計(jì)一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車場管理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)車位檢測、車輛引導(dǎo)和收費(fèi)管理等功能。7、設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，滿足特定的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、性能和可靠性要求，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能分析和優(yōu)化。8、設(shè)計(jì)一個(gè)基于STM32的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，能夠連接多種傳感器并將數(shù)據(jù)上傳到云平臺，說明系統(tǒng)架構(gòu)和通信協(xié)議轉(zhuǎn)換。9、設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC的自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對物料輸送、加工、裝配等環(huán)節(jié)的順序控制和故障報(bào)警。10、在圖的存儲和遍歷中，深度優(yōu)先遍歷和廣度優(yōu)先遍歷可以用于判斷圖是否連通。以下關(guān)于連通性判斷的敘述中，不正確的是（）A.如果從某個(gè)頂點(diǎn)出發(fā)能夠遍歷到圖中的所有頂點(diǎn)，則圖是連通的B.對于無向圖，深度優(yōu)先遍歷和廣度優(yōu)先遍歷的結(jié)果相同，都能判斷連通性C.對于有向圖，深度優(yōu)先遍歷和廣度優(yōu)先遍歷的結(jié)果可能不同，需要綜合判斷連通性D.無論圖的存儲方式如何，深度優(yōu)先遍歷和廣度優(yōu)先遍歷判斷連通性的時(shí)間復(fù)雜度相同11、設(shè)計(jì)一個(gè)太陽能路燈控制器智能調(diào)光電路，能夠根據(jù)環(huán)境光照強(qiáng)度和交通流量自動調(diào)節(jié)路燈的亮度，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)光。12、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字頻率計(jì)，能夠測量輸入信號的頻率，精度達(dá)到一定要求，給出硬件電路設(shè)計(jì)和軟件算法流程。13、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)中，理解算法的正確性和穩(wěn)定性是很重要的。以下關(guān)于算法正確性和穩(wěn)定性的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.算法的正確性是指對于任意合法的輸入，算法都能給出正確的輸出B.穩(wěn)定性是指在排序過程中，如果兩個(gè)元素的關(guān)鍵字相等，它們在排序前后的相對順序不變C.冒泡排序是一種穩(wěn)定的排序算法，而快速排序在默認(rèn)情況下是不穩(wěn)定的D.算法的正確性和穩(wěn)定性是相互獨(dú)立的，一個(gè)算法可以是正確的但不穩(wěn)定，也可以是穩(wěn)定的但不正確14、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字信號發(fā)生器擴(kuò)展電路，能夠增加信號發(fā)生器的輸出信號類型和參數(shù)調(diào)節(jié)范圍，并且具有脈沖寬度調(diào)制功能。15、設(shè)計(jì)一個(gè)音頻功率放大器的散熱系統(tǒng)，保證放大器在高功率輸出時(shí)的穩(wěn)定工作，給出散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和熱分析。16、設(shè)計(jì)一個(gè)基于藍(lán)牙模塊的智能體重秤，能夠測量體重、體脂率、肌肉量等身體指標(biāo)，并將數(shù)據(jù)上傳至云端。17、假設(shè)正在設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫的索引結(jié)構(gòu)，需要支持快速的等值查詢、范圍查詢和排序操作。在這種情況下，以下哪種索引結(jié)構(gòu)可能是最優(yōu)的選擇？（）A.B樹索引，平衡樹結(jié)構(gòu)，適用于多種查詢B.哈希索引，快速等值查詢，但不支持范圍查詢C.位圖索引，適合處理布爾值屬性的查詢D.全文索引，用于文本內(nèi)容的搜索18、根據(jù)傳感器技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)用于室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測的氣體傳感器系統(tǒng)，能夠檢測甲醛、苯等有害氣體濃度。19、快速排序是一種高效的排序算法，它采用分治的思想。在快速排序中，選擇一個(gè)基準(zhǔn)元素，將數(shù)組分為兩部分，使得左邊部分的元素都小于等于基準(zhǔn)元素，右邊部分的元素都大于等于基準(zhǔn)元素。以下關(guān)于快速排序的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.快速排序在最壞情況下的時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)B.快速排序是一種穩(wěn)定的排序算法C.快速排序的平均時(shí)間復(fù)雜度為O(nlogn)D.快速排序的空間復(fù)雜度為O(logn)20、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表電流表電路，能夠同時(shí)測量直流電壓和電流，電壓測量范圍為0V到100V，電流測量范圍為0A到1A，精度為±0.1V和±0.01A。21、設(shè)計(jì)一個(gè)基于DSP的數(shù)字信號調(diào)制系統(tǒng)，支持多種調(diào)制方式，如QAM、OFDM等，給出算法實(shí)現(xiàn)和性能優(yōu)化。22、考慮一個(gè)物流配送系統(tǒng)，需要根據(jù)客戶的地址和訂單需求規(guī)劃最優(yōu)的配送路線。同時(shí)，要能夠?qū)崟r(shí)更新路況信息，并重新計(jì)算最優(yōu)路線。在這種情況下，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的組合最適合解決這個(gè)問題？（）A.迪杰斯特拉算法和鄰接表B.弗洛伊德算法和矩陣C.廣度優(yōu)先搜索算法和鏈表D.深度優(yōu)先搜索算法和棧23、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)科學(xué)中重要的研究領(lǐng)域，它對程序的性能和效率有著關(guān)鍵影響。以下關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指相互之間存在一種或多種特定關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合B.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要研究數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)以及對數(shù)據(jù)的操作C.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只關(guān)注數(shù)據(jù)的存儲方式，不考慮數(shù)據(jù)的處理效率D.選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以提高程序的運(yùn)行速度和節(jié)省存儲空間24、設(shè)計(jì)一個(gè)用于雷達(dá)系統(tǒng)的中頻放大器，帶寬為10MHz，增益為50dB，噪聲系數(shù)小于5dB，闡述電路結(jié)構(gòu)和器件選擇。25、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測入侵、火災(zāi)等異常情況，并進(jìn)行報(bào)警和錄像。26、插入排序是一種簡單直觀的排序算法。關(guān)于插入排序的工作方式，以下描述哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.插入排序?qū)⒋判虻脑刂饌€(gè)插入到已排序的部分中，從而逐步完成排序B.插入排序在最壞情況下的時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)，在最好情況下的時(shí)間復(fù)雜度為O(n)C.插入排序是一種穩(wěn)定的排序算法，相同元素的相對順序在排序前后不會改變D.插入排序的空間復(fù)雜度較高，通常需要額外的O(n)空間來完成排序27、使用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)智能電子秤系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確測量物體重量，并具有去皮、計(jì)價(jià)等功能。28、設(shè)計(jì)一個(gè)基于藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)的智能照明系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)群組控制和場景設(shè)置，說明系統(tǒng)組成和網(wǎng)絡(luò)配置。29、設(shè)計(jì)一個(gè)基于陀螺儀和加速度計(jì)的姿態(tài)測量系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)獲取物體的姿態(tài)信息。30、在一個(gè)圖像識別系統(tǒng)中，需要對大量的圖像特征向量進(jìn)行聚類分析。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法常用于實(shí)現(xiàn)圖像特征的聚類？（）A.K-Means算法結(jié)合鏈表B.層次聚類算法和二叉樹C.密度聚類算法和數(shù)組D.以上算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都可能用到，取決于具體需求二、綜合題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）某在線教育平臺需要對課程的章節(jié)內(nèi)容和學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度進(jìn)行管理。課程信息包括課程編號、章節(jié)標(biāo)題、內(nèi)容、學(xué)習(xí)進(jìn)度等，學(xué)生信息包括學(xué)生編號、學(xué)習(xí)的課程等。這些信息以塊狀鏈表的形式存儲。請?jiān)O(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）查詢某個(gè)學(xué)生在某門課程中的學(xué)習(xí)進(jìn)度；（2）更新學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度；（3）按照學(xué)習(xí)進(jìn)度對學(xué)生進(jìn)行排序；（4）統(tǒng)計(jì)某門課程的學(xué)習(xí)完成率。分析算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。2、（本題5分）一個(gè)超市的促銷活動管理系統(tǒng)需要存儲促銷活動的信息，如活動編號、活動名稱、活動時(shí)間、優(yōu)惠方式、參與商品等。系統(tǒng)要支持快速查找特定促銷活動、按照活動時(shí)間對活動進(jìn)行排序、新增促銷活動、修改活動規(guī)則、結(jié)束活動。請確定恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)闡述算法和代碼實(shí)現(xiàn)，以及性能優(yōu)化策略。3、（本題5分）某高校的課程管理系統(tǒng)需要對課程的選課信息進(jìn)行處理。選課信息包括課程編號、課程名稱、授課教師、選課學(xué)生名單等。這些信息以隊(duì)列和棧的組合形式存儲。請?jiān)O(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）按照選課先后順序輸出選課學(xué)生名單；（2）撤銷某個(gè)學(xué)生的選課；（3）統(tǒng)計(jì)每門課程的選課人數(shù)；（4）調(diào)整選課順序，將優(yōu)先選課的學(xué)生排在前面。分析算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。4、（本題5分）某電商倉庫的庫存管理系統(tǒng)需要存儲商品的庫存信息，包含商品編號、商品名稱、庫存數(shù)量、進(jìn)貨價(jià)格、出貨價(jià)格等。系統(tǒng)要能夠快速查詢特定商品的庫存、按照庫存數(shù)量對商品進(jìn)行排序、進(jìn)行商品的入庫和出庫操作、修改商品的價(jià)格信息。請?jiān)O(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，并提供代碼實(shí)現(xiàn)以及性能評估。5、（本題5分）某音樂播放平臺需要管理大量的音樂文件信息，包括歌曲ID、歌曲名稱、歌手、專輯、播放次數(shù)、下載次數(shù)等。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲這些音樂信息，能夠快速查找特定歌曲、按照歌手或?qū)］嫹诸?、更新播放和下載次數(shù)，并統(tǒng)計(jì)熱門歌曲。三、簡答題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）深入分析在一個(gè)具有n個(gè)元素的鏈表中，如何查找第k大的元素。2、（本題5分）對于一個(gè)用鏈表實(shí)現(xiàn)的有序表，解釋如何合并兩個(gè)有序鏈表為一個(gè)新的有序鏈表，給出算法步驟和時(shí)間復(fù)雜度分析。3、（本題5分）論述如何使用動態(tài)規(guī)劃算法解決最長公共子序列問題，給出狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和代碼